(57)【要約】【課題】安価で製造が容易である回転センサ付き転がり軸受を提供する。【解決手段】深溝玉軸受には、回転輪である内輪１の回転を検出する回転センサが取り付けられている。この回転センサは、内輪１と一体に回転可能に内輪１に取り付けられた磁性体製のトーンリング１０からなる被検出部と、固定輪である外輪２に取り付けられた検出部２０と、で構成されている。検出部２０は、磁性体製のバックヨーク２３と、磁気センサ２１と、バックヨーク２３と磁気センサ２１との間に配されたバイアス磁石２２と、からなる。検出部２０と被検出部とは隙間を介して径方向に対向して配されていて、検出部２０と被検出部とで磁気回路が形成されており、内輪１の回転に伴う被検出部の回転が検出部２０によって検出されるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転を検出する回転センサと、を備える回転センサ付き転がり軸受において、
前記回転センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた磁性体製の環状部材からなる被検出部と、前記固定輪に取り付けられ且つ前記被検出部に隙間を介して径方向に対向して配された少なくとも１個の検出部と、を有するとともに、前記検出部は、磁性体製のバックヨークと、磁気センサと、前記バックヨークと前記磁気センサとの間に配されたバイアス磁石と、を備え、
前記検出部と前記被検出部とで磁気回路が形成され、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転が前記検出部によって検出されるようになっていることを特徴とする回転センサ付き転がり軸受。
【請求項２】
前記バックヨークは屈曲して断面略Ｌ字状をなしており、その一端部が前記環状部材に隙間を介して径方向に対向し、他端部近傍部分に前記バイアス磁石が配されているとともに、
前記環状部材は、全周面が前記バックヨークの一端部に隙間を介して径方向に対向可能な環状部を備え、前記環状部から軸受中心軸に沿う方向に突出する複数の凸部が周方向に等間隔を空けて設けられてなり、前記凸部は前記磁気センサの磁気検知面に隙間を介して径方向に対向可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受。
【請求項３】
前記磁気センサを差動式のホールＩＣとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転センサ付き転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道輪の回転を検出する回転センサを備える転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転輪に設けられたパルサリングと、固定輪に設けられたセンサ装置と、を備えたセンサ付き軸受ユニットが開示されている。被検出部であるパルサリングは、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された磁気発生層を２層有し、互いに異なる磁極が対向するように２層の磁気発生層が径方向に重ね合わせられてなる多極磁石である。
【０００３】
また、検出部であるセンサ装置は、パルサリングに対向させられている磁気センサと、磁気センサにパルサリングを介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材（永久磁石）と、この磁気発生部材及びパルサリングからの磁気の磁束密度を集束して磁気センサに導く集磁部材（ヨーク）と、を備えている。このようなセンサ付き軸受ユニットは、小径化しても分解能が低下しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような多極磁石は高価であるという問題があった。また、多極磁石を２層に着磁するためには、環状の磁石の幅や厚さがある程度必要であるため、センサの小径化に限界があった。さらに、多極磁石を略コ字状の集磁部材の内側に配置するため、多極磁石と集磁部材との間の隙間の管理が難しいという問題や、構造が複雑であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、安価で製造が容易である回転センサ付き転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の回転センサ付き転がり軸受は、回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転を検出する回転センサと、を備える回転センサ付き転がり軸受において、前記回転センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた磁性体製の環状部材からなる被検出部と、前記固定輪に取り付けられ且つ前記被検出部に隙間を介して径方向に対向して配された少なくとも１個の検出部と、を有するとともに、前記検出部は、磁性体製のバックヨークと、磁気センサと、前記バックヨークと前記磁気センサとの間に配されたバイアス磁石と、を備え、前記検出部と前記被検出部とで磁気回路が形成され、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転が前記検出部によって検出されるようになっていることを特徴とする。
【０００８】
この回転センサ付き転がり軸受においては、前記バックヨークは、屈曲して断面略Ｌ字状をなしており、その一端部が前記環状部材に隙間を介して径方向に対向し、他端部近傍部分に前記バイアス磁石が配されているとともに、前記環状部材は、全周面が前記バックヨークの一端部に隙間を介して径方向に対向可能な環状部を備え、前記環状部から軸受中心軸に沿う方向に突出する複数の凸部が周方向に等間隔を空けて設けられてなり、前記凸部は前記磁気センサの磁気検知面に隙間を介して径方向に対向可能とされていることが好ましい。
【０００９】
また、前記磁気センサは差動式のホールＩＣであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の回転センサ付き転がり軸受は、安価で製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る回転センサ付き転がり軸受の一実施形態の構造を示す縦断面図である。
【図２】トーンリングの斜視図である。
【図３】バックヨークの斜視図である。
【図４】トーンリングの回転を検出部によって検出する仕組みを説明する正面図及び側面図である。
【図５】トーンリングの回転を検出部によって検出する仕組みを説明する正面図及び側面図である。
【図６】バックヨークの変形例を示す斜視図である。
【図７】差動式のホールＩＣの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る回転センサ付き転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る回転センサ付き転がり軸受の一実施形態の構造を示す縦断面図であり、図２は、図１の回転センサ付き転がり軸受に組み込まれたトーンリングの斜視図であり、図３は、図１の回転センサ付き転がり軸受に組み込まれたバックヨークの斜視図である。
【００１３】
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１及び外輪２の間に転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆う密封装置５（例えば鋼製のシールドやゴムシール）と、を備えており、内輪１の外周面及び外輪２の内周面の間に形成された軸受内部空間には、図示しない潤滑剤（例えば潤滑油，グリース）が封入されている。
【００１４】
この深溝玉軸受においては、内輪１が例えば回転軸（図示せず）に外嵌されて回転可能な回転輪とされ、外輪２が例えばハウジング（図示せず）に固定されて、回転輪を回転可能に支持する固定輪とされている。そして、密封装置５は、深溝玉軸受の軸受中心軸方向の一方の端部のみに備えられており、他方の端部には、回転輪である内輪１の回転を検出する回転センサが取り付けられている。ただし、内輪１を固定輪とし、外輪２を回転輪としてもよいことは勿論である。また、保持器４や密封装置５は備えていなくてもよい。
【００１５】
次に、回転センサの構成について説明する。回転センサは、磁性体製の環状部材であるトーンリング１０からなる被検出部と、磁気センサ２１とバイアス磁石（単極）２２と磁性体製のバックヨーク２３とからなる検出部２０と、で構成されている。
なお、トーンリング１０やバックヨーク２３を構成する磁性体の種類は特に限定されるものではないが、ＳＰＣＣやＳＵＳ４３０が好ましい。例えばＳＰＣＣは安価であり、ＳＵＳ４３０は耐腐食性等が優れているので、コストや耐腐食性など、重視するポイントに応じて最適な材質を選択すればよい。また、トーンリング１０やバックヨーク２３の製造方法は特に限定されるものではないが、安価に製造できることから抜き打ち法やプレス法が好ましい。
【００１６】
トーンリング１０は、円周面を有する環状部１１と、環状部１１から軸受中心軸に沿う方向（すなわち軸受幅方向）に突出する複数の凸部１２とからなり、これら複数の凸部１２は周方向に等間隔を空けて環状部１１に設けられている。すなわち、トーンリング１０の軸受幅方向の一方側については、全周にわたって円周面が形成されているが、他方側については、円周面は全周にわたって形成されておらず、凸部１２による円周面と空間とが周方向に交互に配されている（以降においては、空間を凹部１３と記すこともある）。
【００１７】
このようなトーンリング１０が、環状部１１を軸受幅方向中央側に向け、凸部１２を軸受幅方向外部側に向けて、回転輪である内輪１と一体的に回転可能に内輪１に取り付けられている。取り付け方法は特に限定されるものではないが、例えば圧入や加締めによる取り付けがあげられる。
一方、バックヨーク２３は、図３に示すように、矩形の板状部材を屈曲させて断面略Ｌ字状に形成した部材である。このバックヨーク２３は、長尺な平板部２５と短尺な平板部２６とからなるが、長尺な平板部２５の両平面のうち、短尺な平板部２６が屈曲した方向の平面上には、バイアス磁石２２が固定されており、さらにその上に磁気センサ２１が固定されている。すなわち、バックヨーク２３と磁気センサ２１との間にバイアス磁石２２が介装されて、検出部２０が構成されている。
【００１８】
このような検出部２０が、固定輪である外輪２に取り付けられている。その際には、バックヨーク２３の短尺な平板部２６を軸受幅方向中央側に向け、長尺な平板部２５を軸受幅方向外部側に向けるとともに、短尺な平板部２６の先端面２６ａを径方向内方に向けて、検出部２０を取り付ける。また、バックヨーク２３，磁気センサ２１，バイアス磁石２２と、信号を取り出すケーブル２８とを、センサハウジング２９と呼ばれる樹脂ケースに内包した状態で、検出部２０を取り付ける。なお、検出部２０をセンサハウジング２９に内包した後にセンサハウジング２９内に空隙が残っている場合は、シリコーン樹脂，ホットメルトモールディング等の樹脂を空隙に充填して、検出部２０のうち露出させるべき部分以外の部分が外部に晒されないようにモールドすることが好ましい。
【００１９】
内輪１に取り付けられたトーンリング１０からなる被検出部と、外輪２に取り付けられた検出部２０とは、隙間を介して径方向に対向して配されていて、検出部２０と被検出部とで磁気回路が形成されている。この点について、以下に詳述する。まず、トーンリング１０の環状部１１の円周面（すなわち、トーンリング１０のうち軸受幅方向中央側の部分）とバックヨーク２３の短尺な平板部２６の先端面２６ａとが、隙間を介して径方向に対向している。トーンリング１０の環状部１１については、全周にわたって円周面が形成されているので、内輪１の回転に伴ってトーンリング１０が回転しても、前記両面は常に対向している。
【００２０】
また、トーンリング１０のうち軸受幅方向外部側の部分と磁気センサ２１の磁気検知面２１ａとが、隙間を介して径方向に対向している。トーンリング１０の軸受幅方向外部側の部分については、全周の一部分にしか円周面が形成されておらず、凸部１２による円周面と凹部１３とが周方向に交互に配されているので、内輪１の回転に伴ってトーンリング１０が回転した際には、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２による円周面と凹部１３とが交互に現れることとなる。磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２による円周面が位置した際には、これら両面が隙間を介して径方向に対向することとなる。
【００２１】
磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２による円周面が位置した場合と、凹部１３が位置した場合とでは、磁気回路の構成が異なるため、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａを通過する磁束の量が異なる。よって、この磁束の量の変化に基づいて、被検出部の回転を検出部２０によって検出することができ、それにより内輪１の回転数や回転速度を測定することもできる。この点について、図４，５を参照しながら説明する。
【００２２】
図４，５に、主な磁束の流れを示す。破線による矢印が磁束の流れである。図４は、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２による円周面が位置した場合の図であり、図５は、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凹部１３が位置した場合の図である。また、図４，５の（ａ）は、被検出部及び検出部２０を軸受の正面方向から見た図であり、（ｂ）は、軸受の側面方向から見た図である。
【００２３】
図４の場合は、磁束は、バイアス磁石２２からバックヨーク２３の長尺な平板部２５を経由して短尺な平板部２６へと流れ、短尺な平板部２６の先端面２６ａからトーンリング１０の環状部１１に流れる。そして、トーンリング１０の凸部１２を経由して、凸部１２の先端から磁気センサ２１に流れる。これに対して図５の場合は、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２がないので、短尺な平板部２６の先端面２６ａからトーンリング１０を経由して磁気センサ２１に流れる磁束よりも、短尺な平板部２６の中央部付近から磁気センサ２１に流れる磁束の方が多くなる。よって、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａの正面に凸部１２による円周面が位置した場合の方が、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａを通過する磁束の量が多くなる。なお、図４，５では、磁束の流れる方向を右回りとしたが、左回り、すなわちバイアス磁石の磁極の向きを逆に配置してもよい。磁束の流れる方向によらず、回転の検出精度等は同等である。
【００２４】
このように、トーンリング１０の回転位置によって磁気センサ２１の磁気検知面２１ａを通過する磁束の量が変化し、磁気センサ２１から方形波が出力信号として出力される。よって、この出力信号を利用して、内輪１の回転速度を正確に測定することができる。
このような回転センサ付き転がり軸受は、回転センサに高価な多極磁石等を必要としないので、安価であるとともに製造が容易である。また、ピッチ精度等の回転センサの精度は、トーンリング１０の機械加工精度に起因することとなるので、多極磁石を使用する回転センサよりも高精度とすることが容易である。
【００２５】
さらに、トーンリング１０やバックヨーク２３を抜き打ち法やプレス法で製造することが可能であるため、多極磁石を製造する場合と比べて、製造コストが低い。さらに、回転センサ２１がトーンリング１０と検出部２０（バックヨーク２３及び磁気センサ２１）とを対向させた構造であるので、両者の隙間の管理が容易であるとともに構造が簡素であり、そのため製造が容易である。さらに、多極磁石を用いた従来の回転センサ付き転がり軸受と比べて、回転センサのより小型化が可能である。よって、この回転センサ付き転がり軸受は、産業機器や家電の部品として好適に使用可能である。
【００２６】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、バックヨーク２３の短尺な平板部２６の先端面２６ａは、図３のように平面状であったが、図６のように曲面状としてもよい。曲面としては、円弧面が好ましく、トーンリング１０の環状部１１の円周面の半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する円弧面がより好ましい。そうすれば、この部分の磁気抵抗を小さくできる。
【００２７】
また、トーンリング１０，バックヨーク２３等の各部材の寸法は、転がり軸受の寸法や磁力の強さなどに応じて適宜設計することができる。例えば、本実施形態においては、バックヨーク２３は、矩形の板状部材を屈曲させて断面略Ｌ字状に形成した部材であり、長尺な平板部２５と短尺な平板部２６とからなるが、両平板部２５，２６の長さを同一としても差し支えない。また、長尺な平板部２５に磁気センサ２１及びバイアス磁石２２を固定し、短尺な平板部２６の先端面２６ａをトーンリング１０の環状部１１の円周面に対向させたが、これとは逆に、磁気センサ２１及びバイアス磁石２２を固定する方の平板部を短尺とし、トーンリング１０の環状部１１に対向させる方の平板部を長尺とすることもできる。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、バックヨーク２３の短尺な平板部２６の先端面２６ａを、トーンリング１０の環状部１１の円周面に対向させたが、トーンリング１０のその他の部位に対向させることもできる。ただし、凸部１２と凹部１３を有する軸受幅方向外部側の部分に対向させると、この部分の磁気抵抗も変動してしまい、磁気センサ２１から出力される出力信号の波形がサイン波にならなくなり、デューティ比等が悪くなることがある。それに対して、本実施形態のようにトーンリング１０の環状部１１の円周面に対向させると、この部分の磁気抵抗は常に一定であるため、磁気センサ２１の磁気検知面２１ａが対向する軸受幅方向外部側の部分による磁気抵抗の変化のみを磁気センサ２１が検出することができる。よって、磁気センサ２１から出力される出力信号の波形がサイン波になる。
【００２９】
さらに、磁気センサ２１の種類は特に限定されるものではなく、一般的な磁気センサであれば問題なく使用可能であるが、差動式のホールＩＣが好ましい。差動式のホールＩＣとは、図７に示すように、パッケージの中に２個の検出素子（ホール素子）が一定の間隔を開けて配置されている磁気センサである。この差動式のホールＩＣにおいては、２つの検出素子を通過したそれぞれの磁束の磁力の差が、出力信号として出力される。
【００３０】
図７に示すように、２つの検出素子を通過した磁束は、オフセットした波形として検出される。２つの検出素子から得られる波形は一定の位相差があり、差を取るとゼロを中心とした波形となる。そして、このオフセットした波形が任意のスレッシュレベルによりパルス波形に変換されて出力される。
本発明のようにトーンリング１０とバイアス磁石２２を用いて検出する場合は、図４，５に示すように磁束の流れる方向は一方向（図示の方向又はその逆方向）のみなので、磁力の強弱を検知する必要がある。素子が１個の磁気センサを用いて、磁力の強弱から回転を検出しようとすると、スレッシュレベルに合わせてバイアス磁石２２の磁力強度を正確に管理する必要がある。しかしながら、差動式のホールＩＣを用いた場合は、差動後の信号はゼロ中心で出力されるため、スレッシュレベル以上の出力の波形が得られていれば、確実にパルス信号が得られる。そのため、バイアス磁石２２の磁力強度も、それほど正確に管理する必要はない。
【００３１】
さらに、検出部２０は１個取り付ければ十分であるが、２個以上取り付けても差し支えない。２個以上の検出部２０を取り付ける場合には、その周方向位置を考慮することが望ましい。例えば、２個の検出部２０を取り付ける場合には、両検出部２０から得られる出力信号の位相差が９０°となるように配置すると、回転方向の判別やモータの通電切り替え等に利用可能となる。
【００３２】
さらに、バイアス磁石２２の種類は特に限定されるものではなく、希土類磁石，フェライト磁石等から適宜選択することができるが、磁力がより強力な希土類磁石を使用した方が、磁気センサ２１から安定した出力信号が得られるため好ましい。
さらに、センサハウジングの素材としては、樹脂等の非金属材料が好ましいが、６６ナイロン等のエンジニアリングプラスチックにガラス繊維等の線維強化材を配合した樹脂材料がより好ましい。
【００３３】
さらに、センサハウジングと外輪２との固定方法としては、接着等の慣用の固着方法を問題なく採用することが可能である。なお、接着による固定の場合は、回転センサ付き転がり軸受の使用条件等に応じて、接着剤の種類（例えばシリコーン系接着剤）を適宜選択すればよい。
さらに、本実施形態においては、センサハウジングは外部に露出しているが、外力等の影響から保護するために、その外側を金属等のカバーで覆ってもよい。
【００３４】
さらに、本実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，自動調心ころ軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【符号の説明】
【００３５】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      転動体
１０      トーンリング
１１      環状部
１２      凸部
２０      検出部
２１      磁気センサ
２１ａ    磁気検知面
２２      バイアス磁石
２３      バックヨーク
２５      長尺な平板部
２６      短尺な平板部
２６ａ    先端面
【図１】
2010190248.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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